堆場軟基處理中的真空加水載聯合加固技術

張軍輝

（珠海港開發建設有限公司，廣東 珠海 519050）

1 引言

我國在基礎設施建設和施工技術快速發展的今天， 越來越多的建設工程需要在堆場軟土地基上進行， 而真空加水載聯合加固技術由于其良好的加固效果被廣泛應用于堆場軟基處理中。 因此，加強堆場軟基處理中真空加水載聯合加固技術應用的研究具有十分重要的意義， 可以保證堆場軟土地基的整體加固質量和效果。

2 工程概況

某軟土固結較差的堆場區域，地下土層較差，為淤泥層，荷載承受力較差，建筑工程施工前，需對該區域進行軟土地基處理，處理區域面積約為14.8 萬m2。 軟土地基處理擬采用B 型塑料排水板， 埋設深度是13~15 m， 排水板整體埋設呈梅花形布置，板與板之間的間隔是1 m，共需布設2.8 萬根，布設總長度約為2 798 km。 該工程擬采用水泥攪拌樁密封墻與真空加水載聯合加固施工處理技術，真空處理面積約為2.65 萬m2。 為保證在進行真空加水載聯合加固作業時不影響處理區域以外的施工，需要通過水泥攪拌樁的布設對軟土地基周圍形成密封墻。

3 施工方案優點

在進行軟土地基加固作業過程中， 此次提出的處理方案具有以下3 個優點。

1）采用真空預壓的方式可以有效避免發生側向擴展擠破問題，而且采用真空預壓方式不用分級進行，一次性完成即可。

2）在軟土地基周圍布設水泥攪拌樁形成密封墻，可以有效提高加固區域的地基荷載承受力和整體地基的密實度。

3）加固作業過程中，借助施工機械對加固區域進行圍堰處理，然后在加固區進行覆水加載，可以大大提高軟土固結速率，進而縮短軟土加固區的整體施工周期。

4 工藝原理

真空預壓軟基加固技術即利用真空吸水原理對軟土地基進行加固的一種施工工藝， 該工藝可以有效地對軟土地基進行加固，具體工作原理是：將不透氣薄膜鋪設在軟土地基表面墊砂層，將薄膜下的水汽通過排水板和墊砂層的濾水管排除，進而使密封區域形成真空狀態，軟土地質在真空負壓狀態下，逐步排出水分，最后達到土體固結的目的[1]。

5 施工要點

5.1 場地整平

對軟土地基進行加固前， 首先要對需加固區域進行場地平整，將加固區域內的地表耕植土、舊路面等雜物清理干凈，保證地表耕植土厚度為30 cm 左右，清理作業完成后，進行壓實平整作業，將平整度控制在0.1%范圍內，橫向坡度控制在2%~4%范圍內。

5.2 鋪設砂墊層

加固區域平整完成并驗收合格后，開始鋪設砂墊層，鋪設所用材料為中粗砂， 也可以采用海砂， 砂墊層的含泥量要＜5%、黏粒含量要＜3%，粗砂中可以摻雜碎石，但碎石粒徑應小于5 mm。砂墊層的干密度應＞1.5 g/m3、滲透系數＞0.01 cm/s，砂墊層中嚴禁含有機質和針狀雜物，以防將真空薄膜刺破。 具體鋪設時，要分層進行，且鋪設厚度為50 cm，保證鋪設后的干重度＞16.5 kN/m3。

5.3 打設排水插板

該工程中排水板打設作業采用套管式打設法， 排水板材料選用SPB100-B 型塑料排水板[2]，同時在套管底端設置鋼板型管靴，并在每臺插板機上配備記錄設備，詳細記錄每條排水板的打設深度。

在進行排水板打設作業時，應注意以下事項：（1）打設的排水板盡量是整板，如需對排水板進行接長，保證搭接長度＞0.2 m，并用鐵絲或塑料繩固定；（2）每條排水板最多搭接1 次，且相鄰排水板之間無接頭，搭接條數的總量要小于排水板總條數的10%；（3） 排水板露出砂墊層的長度＞0.2 m；（4）塑料排水板施工完成后，用砂料將孔洞填滿，并將排水板埋設在砂墊層中[3]。

5.4 鋪設土工織物

該工程中鋪設土工織物采用的方式為縫接或搭接方式，縫接寬度＞5 cm，搭接長度＞80 cm，縫合處尼龍線強度＞150 N，同時保證在土工織物鋪設時保證松鋪，松鋪率保持在1.1 左右。

5.5 濾管鋪設施工

1）用于鋪設的濾管分為真空支濾管和主管，真空濾管采用壁厚為50 mm 的軟式透水管，孔徑是6 mm，并在濾管上交錯均勻打孔，打孔間距是0.1 m，同時在濾管外包設土工織物，以防止發生堵孔問題； 主管采用的直徑為75 mm 的PVC 管，保證主管壁厚＞4 mm。

2）將真空濾管互相之間、真空濾管與主管之間的接頭處進行密封，以防發生漏氣問題，同時保證真空主管軟接頭處的間距＜25 m。

3）將濾管全部埋設在砂墊層中，在主管兩端連接真空泵，真空泵的布設密度通常是每800~1 000 m2內布設1 臺真空泵，真空泵盡量布設在加固區域的四周。

4）在每塊真空預壓區域內布設2 套真空度測頭，縱向布設密度是每3 m 布置1 個測頭，將測頭布置在排水板濾膜內，并隨排水板一并打入孔內，保證真空濾管的內徑＞8 mm。

5.6 設置密封系統

5.6.1 施工水泥攪拌樁墻

水泥攪拌樁采用四噴四攪工藝， 采用的材料是泥漿加P·O 42.5 水泥， 水泥摻入比例是0.05， 泥漿摻入比例應＞0.35，相對密度＞1.35，黏土摻入比例＞0.2，并保證黏土摻入總量＞160 kg/m，攪拌樁墻的滲透系數＜4 cm/s。 密封水泥土攪拌樁的直徑為0.7 m，水泥攪拌樁之間的橫向和縱向間隔均為0.6 m， 且搭接長度是0.2 m， 水泥攪拌樁嵌入淤泥層內的深度＞2 m。 同時要保證水泥樁的傾斜度≤1%， 布設的位置偏差≤0.05 m。同時，在攪拌樁成型過程中，保證攪拌速度每分鐘低于1.2 m，攪拌提升速度每分鐘低于0.8 m。

5.6.2 密封膜鋪設

水泥攪拌樁墻布設完成后，鋪設密封膜，該工程采用的密封膜為3 層聚氯乙烯薄膜材料，其厚度是0.14 mm，縱向拉伸強度＞18 MPa，橫向拉伸強度＞16 MPa，刺破強度＞50 N，斷裂伸長率＞2.2，耐靜水壓＞0.2 MPa。 在鋪設時，將真空膜壓入密封溝，壓入深度＞1 m，在真空預壓區域每邊預留長度5 m，鋪設的密封膜要不松不緊， 避免因地質沉降變形將密封膜拉裂。 密封膜鋪設好后，進行回填壓實作業，回填涂料中不能有石塊等堅硬雜物，每層密封膜鋪設完成后，對其進行嚴密的檢查，以防有漏洞情況。

5.7 抽真空

真空泵的布設密度是每800~1 000 m2布設1 臺， 并在加固區域周圍均勻布設。 真空泵單機抽氣壓力應＞96 kPa，真空泵布設完成后， 進行抽氣試驗， 查找密封膜的孔洞并及時修補。 抽氣試驗完成并確認無孔洞后，在密封膜上覆蓋土工織物和40 cm 厚的砂墊層。 上述作業完成后，進行抽真空作業，抽氣作業要連續進行，并隨時觀察和記錄真空度情況。

6 加固效果分析

6.1 地表沉降

94 d 后，對加固區域內中心點的真空壓力、密封膜水荷載力和沉降板沉降進行監測可知，地基沉降已趨于穩定，地基沉降量整體表現均勻，膜面在水荷載和真空壓力作用下，加固區域內各點受力較為均勻，地基土體固結沉降量也較為均勻，由此表明，該工程真空泵的真空濾管布設比較合理，且地基后期沉降量也較為均勻。 如圖1 所示為加固區中心真空壓力、水荷載與沉降時程曲線。

圖1 加固區中心真空壓力、水荷載與沉降時程曲線

6.2 孔隙水壓力

分別在4 m、6 m、9 m、12 m、15 m 處布設5 個孔隙水壓力計，對加固區域中心的真空壓力變化進行記錄檢測，得到如圖2 所示的孔壓時程線。 由時程曲線可知，空隙壓力與真空度變化規律一致，在抽空作業30 d 左右時，孔隙壓力下降較快，隨后在40 d 左右，孔隙壓力處于平緩狀態，94 d 左右時，孔隙壓力幾乎不再發生變化。 充分表明，在抽空作業94 d 左右，真空加水荷載壓力達到設計荷載力時，地基固結也就基本完成了。

圖2 加固區中心孔壓時程曲線

6.3 加固前后土體物理力學指標的對比分析

完成加固作業后， 為了檢測真空加水載聯合加固作業后地基的物理屬性變化， 采取加固區域內的地質土樣進行相關指標對比。 表1 為加固前、后土體物理力學指標對比。

表1 加固前、后土體物理力學指標對比

通過表1 數據可知， 該工程采用真空加水載聯合預壓法施工后，土體的物理力學指標發生了明顯改善，土地力學指標和原位十字板強度提升了17%~78%，地基加固效果明顯，地基的整體抗壓力強度提升50%左右，軟土地基的地質整體得到改善。

7 結語

本文結合具體工程實例， 對真空加水載聯合加固技術在軟土地基處理中的應用進行了深入分析， 通過施工后對相關數據檢測表明， 真空加水載聯合加固技術是在缺少土源的情況下，一種更有效的軟土地基加固處理方式，該技術的應用不僅可以增加地基的抗壓力強度，而且兼具施工便捷、節約成本的優點。 水載的技術工藝可以有效保證密封膜面的荷載承受力，使地基垂直沉降更均勻，避免鍋底狀地基變形的發生，進一步保證了軟土地基的加固效果。 因此，在堆場軟土地基加固處理中，真空加水載聯合加固施工工藝具有可行性，可以保證軟土地基的加固質量和效果。